鱼类识别程序在教学、科普和科研中的应用*

吕俊霖，王欢欢，巩秀玉

（中国水产科学研究院南海水产研究所，广东 广州510300）

我国拥有广袤的海洋和众多的河流湖泊，在这些水体里生活着种类繁多的鱼类。鱼类学是动物学的一个分支学科，以鱼为研究对象，着重研究鱼类的形态结构、生理机能、生活习性、系统发育和地理分布等内容。鱼类分类学是我国海洋大学、渔业水产学院在渔业资源和水产养殖方面的重要组成部分，在教学中往往要求学生掌握鱼类分类的基本技能，并且能够较为准确和快速地通过专业书籍查询和鉴定一些相对常见鱼类的科、属、种信息[1]。然而，由于鱼类种类多样，性状结构特征复杂，准确鉴定鱼类需要丰富的专业知识、技能和经验。如何更好地利用鱼类学教学工具，提高学生在鱼类分类鉴定方面的能力，一直是涉海院校鱼类学教学中需要考虑的问题[2]。

近年来，随着深度学习技术、移动网络技术和前端技术的发展，诞生了许多用于物体识别的手机程序。另外，借助于微信强大的平台能力，很多企业也在微信平台上开发了具备识别功能的小程序，其中也包含了可对鱼类进行智能识别的程序。

课题组以5种常见的鱼类识别程序（“识鱼”“鉴鱼”“中科看鱼”“问鱼”“潇湘鉴鱼”）为例，讨论鱼类识别程序在鱼类学教学、科普和科研中的作用。

1 鱼类识别程序的应用场景

1.1 在教学中的应用

在鱼类学学习中，为准确鉴定鱼类，往往需要用精准的专业术语描述鱼类。学生在短暂的鱼类学学习中很难参透理论知识，在实际的鱼类鉴定中也难以完成一定的鱼类鉴定任务。而现在智能手机上的鱼类识别程序可通过拍照或上传图片的方式，获得某个鱼类的识别结果，且具有较高的准确度。因此，将鱼类识别微信小程序运用于高校鱼类学教学具有一定优势。

在高等院校的课程设置中，鱼类学的实验课程包括鱼类器官的形态观察、解剖结构的观察、鱼类种类的鉴定等。在鱼类学的理论学习中，涉及鱼类外部特征的专业名词有体型、嘴型、鱼鳍的分布、鱼鳍的形状、侧线鳞等。为初步检验学生鱼类学理论知识的学习情况，在高校鱼类学教学中，教师通常会直接从市场购买鱼类，或者利用馆藏的标本，开展鱼类的识别鉴定教学活动。对较为相似的鱼类，还会指导学生如何借助鱼类检索书目，鉴定某条鱼类的具体分类信息。然而，部分学生往往仍然难以准确描述鱼类的形态特征。此时，借助鱼类识别微信小程序，学生可对不认识的鱼类样本进行拍照，先对需识别的鱼类有个大概的直观理解，然后再利用检索书目寻找描述鱼类特征的专业术语，降低鱼类识别的难度，提高学习的兴趣。

1.2 在渔业科普中的应用

在鱼类的科普宣传中，常见的场合有：1）将鱼类规范的学名和俗名进行对照，着重于对渔业水产知识的普通的传播；2）对某些珍稀的鱼类进行宣传，传达渔政管理上的保护措施；3）对某些有毒有害鱼类进行告示，保护渔民的人身安全。

在这些科普性宣传中，通常是采用图书或挂图的方式。但是图书和挂图的成本较高，宣传的手段比较单一，用户需要自己购买或者参加相应的展览活动才能看到。网页方式虽然突破了传统传播方式的地域局限，但网页的内容容易被遗忘。因此，鱼类识别程序可以在科普中发挥不可替代的作用。通过这些鱼类识别程序，用户可随时将鱼类上传到手机中进行识别，从而快速了解该种鱼类的具体信息。这样的主动学习的方式，激发了用户的积极性，可实时将鱼类的科普知识投入到实际场景中去。此外，对那些未曾见过而自己又感兴趣的鱼类，用户往往会进行拍照然后用小程序进行识别，也有助于人们认识更多的鱼类，获得更多的鱼类学相关知识[3]。

1.3 在渔业科研中的应用

渔业资源调查是渔业科研的重要组成部分，在渔业资源调查中，较常使用的鱼类检索书目有《中国鱼类志》《中国南海鱼类图谱》《中国东海鱼类图谱》《中国黄海鱼类图谱》以及地方鱼类名录等。因检索书目数量有限，且这些书籍较为厚重，携带不便，借助鱼类鉴定程序，工作人员可在调查工作中对那些不太有把握的鱼类进行拍照识别，或在识别程序中使用查询功能，以便进一步的研判。对那些完全不认识的鱼类，也可以先进行拍照，将照片储存在手机里，然后利用QQ或微信建立鱼类鉴定的讨论群，集思广益，利用多人的力量获取鱼类的具体分类地位和信息。

另外，许多识别程序还具备“分享”功能，可将鱼类识别的结果分享给某个好友，或分享到朋友圈等社交平台，实现鱼类学知识的广泛传播。

2 几种鱼类识别软件的比较分析

经过短短几年的发展，目前，在手机软件上已经诞生了不少的鱼类识别程序，不同的鱼类识别程序在准确性、识别速度、识别结果方面存在一定的差异。比较知名的有“识鱼”“鉴鱼”“中科看鱼”“问鱼”和“潇湘鉴鱼”等，其开发者信息如表1所示。

表1 5种鱼类识别程序的开发者Table 1 Developers of five fish recognition programs

以上鱼类识别程序可在手机应用市场中下载安装，或在微信小程序里进行搜索和运行。在程序中使用拍照功能或通过相册选择图片，上传图片就能快速识别鱼类，这样的使用方式相对于通过查询《中国鱼类志》等方式鉴定鱼类，具有极大的便捷性。但比较5款鱼类识别的程序界面，发现不同的程序在鱼类识别的总体识别质量方面仍然存在差异。

根据农业部颁布的几种捕捞量较大的常见经济鱼类（罗非鱼、蓝子鱼、鲈鱼、大眼鲷、白鲳、大黄鱼、带鱼、秋刀鱼、蓝圆鰺等），选择了其中9种进行测试[3]，如表2所示。由于“潇湘鉴鱼”以识别淡水鱼类为主，不参与比较。

表2 4种鱼类识别程序的识别比较Table 2 Comparison of four fish identification programs

由表2可以看出，以上4款鱼类识别程序对常见的经济鱼种类均能正常识别。对个别的图片识别有误是因为体型比较相似。比如，日本鲭和蓝圆鲹均属于鲹科，宝石大眼鲷和短尾大眼鲷均属于大眼鲷属。

对一个识别程序而言，不仅要求具有较高的识别准确度，还要求有其他优点，比如识别的速度、识别的结果可靠性，以及其他一些可辅助识别的功能等。因此，课题组又进行了以下功能的比较，如表3所示。

表3 5种鱼类识别程序的功能比较Table 3 Functional comparison of five fish identification programs

从鱼类识别结果描述来看，“识鱼”和“中科看鱼”在识别结果上较为详细，这两款程序对鱼类的介绍包括鱼类学名、俗名、地理分布、形态特征和生活习性等，并且“识鱼”可通过点击识别上方的轮播图得到更大的图片，起到辅助鉴定的作用[4]。“鉴鱼”“问鱼”和“潇湘识鱼”的识别结果过于简单，小程序对识别结果无任何文字介绍，用户需将鱼类照片与结果的图片进行对比，结合自身经验自主选择结果。

另外，“识鱼”还可以通过“联系我们”得到进一步的意见反馈和求助，而“中科看鱼”则增设了社区版块，可以上传图片供网络用户一起鉴定。

这些鱼类识别程序在识别过程中均没有附带广告，但“中科看鱼”在“发现”页中有企业信息，有一定的广告成分。

3 水产分类微信小程序在鱼类学教学中的利弊分析

鱼类识别微信小程序给鱼类学教学带来诸多便利，在课堂教学、科普和科研工作中发挥着一定作用，不但丰富了教学模式，而且还提供了一种便捷的软件工具，可谓是“授人以鱼，更授人以渔”。但也要看到在教学中存在的一些问题[5]，如学生可能会过度依赖小程序，基础知识掌握不牢，降低其查询工具书的能力。鱼类识别微信小程序在鱼类鉴定结果上有一定的不确定性，对于简单的鱼类识别没有问题，但在一些体型比较相似的同种科属间，则有出错的可能性。由于小程序采用的是深度学习技术，通过对图片的卷积输出其可能的概率值，因此，图片的质量、水体的浑浊度以及光线的折射和反射因素等都会影响识别结果的准确性。另外，手机拍摄时的抖动、背景的复杂程度和鱼体展示的完整程度等也会影响识别结果[6-7]。

4 结语

信息技术的发展、智能手机的普及，极大地方便了信息传播。将鱼类识别微信小程序运用于高校鱼类学教学中，丰富了教学内容、教学方式、教学资源以及课程设置，同时，在鱼类物种的识别以及提高学生学习自主性等方面具有一定的优势。总的来看，水产分类微信小程序在辅助高校鱼类学教学中既有优势又有不足，教师在教学中要充分发挥其优点，避开其缺点，做好水产分类微信小程序与教学活动的合理结合。目前，水产分类微信小程序在鱼类识别的准确性和结果描述的全面性等方面还有待改进，但随着信息技术的快速发展，随着小程序的自我完善，未来其在高校鱼类学教学中将起到更好的辅助作用。